JP5194313B2 - 複数のパワーセルとともに用いるための信号システムおよび方法、ならびに、複数のパワーセルを監視するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

この発明は、パワーセルと、パワーセルを製造し動作させる方法とに関する。特に、この発明は、パワーセルの積層、たとえばバッテリ、を監視および／または制御するためのシステムにおいて用いるのに適用可能な信号システムおよび方法に関する。

関連技術の説明
直列接続されたバッテリの組またはバッテリの直列接続されたグループにおける個々のバッテリ要素またはバッテリ要素のグループを監視することは当該技術から公知である。

ＵＳ ６，８９１，３５２は、直列に接続されたバッテリモジュールを制御するためのバッテリ装置を説明する。当該バッテリ装置は、電気自動車またはハイブリッド車に用いられている。いわゆる低位の（lower order）制御装置は、直列に接続された複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールを制御する。データは、低位の制御装置と、当該低位の制御装置に命令を与えるいわゆる高位の（high order）制御装置との間でやり取りされる。

低位の制御装置は、それが監視するバッテリモジュールから電力を引出す。データは、デイジーチェーンを通じて高位の制御装置から低位の制御装置のいずれかに伝送される。第１の低位の制御装置は、（フォトカプラまたは光アイソレータとしても公知である）光絶縁体を通じて高位の制御装置からデータを受信する。受信されたメッセージは、光アイソレータを必要とすることなく第２の低位の制御装置に中継され、当該装置が当該メッセージを第３の低位の制御装置などに中継し得る。低位の制御装置が異なる電圧で動作する場合、ある低位の制御装置から別の制御装置にデータを伝送する際に問題が発生するおそれがある。２つの連続した低位の制御装置を絶縁するのに光絶縁体を用いずにこの問題を克服するために、ＵＳ ６，８９１，３５２において採用され２つの隣接する低位の制御装置を接続するための構成は、上述の２つの隣接する低位の制御装置間における電流ループの確立に依拠している。ＵＳ ６，８９１，３５２の図１に示されるデイジーチェーンにおいては、上部の低位の制御装置ＩＣ−１から底部の低位の制御装置ＩＣ−３への通信が行なわれる。装置ＩＣ−１は、ＶＤＤから出力Ｏｕｔ−１への電流を得る。装置ＩＣ−２はその入力Ｉｎ−１においてこの電流を受取る。出力Ｏｕｔ−１における電圧振れ幅は、装置ＩＣ−１における成分と装置ＩＣ−２における成分とによって規定される。これらの２つの異なる装置間で成分を整合させることにより信号振幅が決定される。保護として用いられるダイオードは整流器としての役割を果たし、当該装置のＥＭＣ性能に影響を及ぼす。このような実現例は苛酷な自動車環境においては所望されない。

バッテリ監視システムにおいては、すべてのバッテリモジュールが同じ電気負荷を認識することが重要である。これは、いずれかのバッテリモジュールが他のバッテリモジュールよりも速く放電されないようにするためにすべてのバッテリモジュールについて同じ条件を維持するのに重要である。これは、ＵＳ ６，８９１，３５２の特許には当てはまらない。実際には、制御装置ＩＣ−１の電源となる上部のバッテリモジュール（ＶＢ１、ＶＢ２、ＶＢ３、ＶＢ４）は、オプトカプラＦ１、Ｆ２、Ｆ３、および、関連するプルアップ抵抗器ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３の形をとる余分な負荷を有する。バッテリモジュール（ＶＢ５、ＶＢ６、ＶＢ７、ＶＢ８）は、底部のバッテリモジュール（ＶＢ９、ＶＢ１０、ＶＢ１１、ＶＢ１２）が制御装置ＩＣ−３およびオプトカプラＦ４、Ｆ５、Ｆ６によってロードされている間だけ、制御装置ＩＣ−２によってロードされる。この問題はこの発明
によって解決される。

ＷＯ ００／０５５９６は、いくつかの直列接続されたバッテリセルを監視するためのバッテリ監視装置を説明する。バッテリ監視装置は、直列接続されたバッテリセルを全体として監視するための中央バッテリ監視システムと、１つ以上のバッテリセルを監視するためのいくつかのセル監視装置と、デイジーチェーン構成のセル監視装置を中央バッテリ監視システムに接続するための通信リンクとを含む。ＵＳ ６，８９１，３５２と同様に、上述の各々のセル監視装置は、それが監視するバッテリセルによって電力が供給され、結果として、２つの監視装置が、通常、異なる電圧で動作することとなる。第１の監視装置の正の供給電圧をＶＣＣ１とし、その第１の監視装置の負の供給電圧をＧＮＤ１とする。上記第１の監視装置に隣接する第２の監視装置の正の供給電圧をＶＣＣ２とし、当該第２の監視装置の負の供給電圧をＧＮＤ２とする。監視装置の電源は「スタック」される。すなわち、ＶＣＣ１＞ＧＮＤ１＝ＶＣＣ２＞ＧＮＤ２となる。第１および第２の監視装置は異なる電圧レベルで動作する。電圧差が重要になる場合、光絶縁体なしに、第１の監視装置から第２の監視装置にメッセージを伝送することが不可能になるかもしれない。光アイソレータ（または、直流電気絶縁（galvanic isolation）を保証しつつデータの伝送を可能にする他のいずれかの構成要素）を用いる必要をなくすために、ＷＯ ００／０５５９６は、２つの隣接する監視装置間でメッセージを伝送するのにレベルシフタを用いることを提案している。ダウンリンクメッセージ、すなわち、第１の監視装置よりも低い電位で動作する第２の監視装置に対して第１の監視装置が送信するメッセージについては、第１の監視装置におけるマイクロコントローラがＭＯＳＦＥＴ Ｑのゲートを制御する。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのソースは、ＶＣＣ１、すなわち第１の監視装置の最大供給電圧に接続され、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのドレインは、３つの直列接続された抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３を介して、ＧＮＤ２、すなわち第２の監視装置の最低供給電圧に接続される。Ｒ１はＰ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのドレインに直接接続され、Ｒ３はＧＮＤ２、すなわち第２の監視装置の最低供給電圧に直接接続され、Ｒ２はＲ１をＲ３に接続する。抵抗器Ｒ３にわたる電圧降下は比較器ＣＯＭＰ２によって監視され、当該比較器ＣＯＭＰ２が、上記電圧降下を、ＧＮＤ２よりも高いがＶＣＣ２よりも低い基準電圧ＶＲＥＦ２と比較する（ＧＮＤ２＜ＶＲＥＦ２＜ＶＣＣ２）。動作時に、第１の監視装置におけるマイクロコントローラがＰ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのゲート上でゼロ電圧（ゲートとソースとの間のゼロ電圧）を出力すると、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのソース電極からドレイン電極へは電流が流されず、このため、ＶＣＣ１とＧＮＤ２との間の接続が開路される。抵抗器Ｒ３にわたる電圧降下は約０ボルトであり、ＣＯＭＰ２の第１の入力に印加されてＶＲＥＦ２と比較される。ＣＯＭＰ２は、ＶＣＣ２およびＧＮＤ２によって供給される。

第１の監視装置におけるマイクロコントローラがＰ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのゲート上で電圧を高く（ソースとゲートとの間の高い電圧）を出力すると、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑがオンにされ、電流がＶＣＣ１から抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３を通って第２のセル監視装置の接地ＧＮＤ２へと流れる。結果として、電圧（ＶＣＣ１−ＧＮＤ２）×（Ｒ３）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）がＣＯＭＰ２の第１の入力に印加されてＶＲＥＦ２と比較される。Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑがオンとオフとで切換えられるとき、ＶＲＥＦ２の値が比較器ＣＯＭＰ２の第１の入力に印加される電圧レベル間であれば、比較器ＣＯＭＰ２の出力は、第２の監視装置の供給電位ＧＮＤ２とＶＣＣ２との間の電圧間隔において変動する方形波信号となるだろう。したがって、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのゲートに印加される信号の変動内で符号化されるメッセージは第１の監視装置から第２の監視装置に転送される。

Ｐ−ＭＯＳＦＥＴ Ｑのドレインにおける電位が、ほぼＶＣＣ１（ＭＯＳＦＥＴ Ｑがオンにされる場合）とＧＮＤ２（ＭＯＳＦＥＴ Ｑがオフにされる場合）との間で変動することが分かる。このため、ＭＯＳＦＥＴ Ｑのドレインとソースとの間の電圧差は０と（ＶＣＣ１−ＧＮＤ２）との間で変動することとなる。ＶＣＣ１とＧＮＤ２との間の電位
差は、監視されているバッテリの種類と各々の監視装置によって監視されるバッテリセルの数とに応じて変動し、また、バッテリ要素の充電のレベルに応じて変動することとなる。実際の応用例においては、ＶＣＣ１とＧＮＤ２との間の電位差は６０ボルトより高くてもよい。これらの場合、利用可能な集積技術によっては、同じシリコン基板上にマイクロコントローラとＭＯＳＦＥＴ Ｑとを集積することが困難になるかまたは不可能になるかもしれない。したがって、特にＭＯＳＦＥＴ Ｑのドレイン電極とソース電極と、一般に監視装置間での情報の伝送にかかわる他のトランジスタとの間の電圧差を制限することが有利となるだろう。

第１の監視装置におけるマイクロコントローラによってＭＯＳＦＥＴ Ｑのゲートに印加された信号がＧＮＤ１とＶＣＣ１との間で変動するならば、ＭＯＳＦＥＴ Ｑのゲート電極とソース電極との間の電位差が少なくともＶ（ＧＮＤ１）−Ｖ（ＧＮＤ２）に等しくなることも理解される。ＭＯＳＦＥＴ Ｑがｎ型ＭＯＳであり、Ｖ（ＧＮＤ１）−Ｖ（ＧＮＤ２）がＭＯＳＦＥＴ Ｑのしきい値電圧よりも実質的に高い場合、ＭＯＳＦＥＴ Ｑをオフにすることは不可能となるだろう。電流は、ＭＯＳＦＥＴ Ｑと抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３とを通って連続的に流れることとなる。いかなる所与の技術においても、ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、Ｖ（ＧＮＤ１）−Ｖ（ＧＮＤ２）よりも低い可能性がある所与のしきい値電圧を有するので、Ｖ（ＧＮＤ１）−Ｖ（ＧＮＤ２）の差がどんなものであれＭＯＳＦＥＴ Ｑをオフにすることができるように、特にＭＯＳＦＥＴ Ｑのソース電極と一般に監視装置間での情報の伝送にかかわる他のいずれかのトランジスタとの電位変動を制限することが有利となるだろう。
ＵＳ ６，８９１，３５２ ＷＯ ００／０５５９６

中央バッテリ監視システムによる欠陥のあるバッテリセルおよび／または欠陥のある監視装置の検出を可能にするためには監視装置の識別が重要である。ＵＳ ６，８９１，３５２およびＷＯ ００／０５５９６はともに、同一の低位の制御装置／監視装置を有することの利点を認識している一方で、監視装置を識別するための単純、確実で実用的かつ有効な方法は提案していない。たとえばＷＯ ００／０５５９６においては、各々のセル監視装置は、当該装置に搭載されたＤＩＰスイッチを用いることにより予め設定されたそれ自体の識別またはアドレスを有している。ＤＩＰスイッチは、マイクロコントローラおよびＭＯＳＦＥＴ Ｑと同じシリコン基板上に容易に集積することはできない。ＤＩＰスイッチは人間オペレータによって手動で設定されるので、提案される識別システムは、監視装置の識別が中央バッテリ監視システムによって自動的に実行された場合よりもエラーを起こしやすくなる。人間オペレータに依拠せず、マイクロコントローラおよびＭＯＳＦＥＴ Ｑと同じ半導体基板上に容易に集積可能である解決策を見出すことが有用となるだろう。当該技術の向上が依然として必要とされる。

発明の概要
この発明の目的は、改善されたパワーセル構成を提供することである。この発明の実施例のうちの少なくともいくつかの利点は、先行技術において識別される問題のうち少なくとも１つを回避することである。まず、いくつかの実施例においては、異なる供給電圧レベルで動作する２つの監視装置間でのデータの伝送にかかわるトランジスタスイッチの２つの電極間の電圧差が低減される。この発明の実施例は、監視装置に必要な構成要素の大半を同じ半導体基板上に集積することを可能にし得る。当該構成要素は、異なる供給電圧レベルで動作する２つの監視装置間でのデータの伝送にかかわる１つ以上のトランジスタスイッチに加えて、デジタル処理回路、ならびに／または、マイクロプロセッサ、ならび
に／または、マイクロコントローラ、ならびに／または、アナログ・デジタルコンバータおよびデジタル・アナログコンバータ、電圧および電流基準、増幅器、たとえば静電気放電、逆極性、電圧サージから保護する保護回路を含む。

この発明の実施例は、第１の監視装置の識別を可能にし得る。当該第１の監視装置は中央監視装置から直接データを受信し、デイジーチェーンにおける他の装置の識別を可能にし得る。第１の装置の識別は、各々の監視装置が生成する信号の組合せに基づいている。これは、人の介入またはＤＩＰスイッチのような構成要素を必要とせず、任意の監視ノードのために同じ回路、特に集積回路、を用いることを可能にする。特に、デイジーチェーン接続された監視装置のチェーンにおける第１の監視装置の識別は、異なる供給電圧レベルで動作する２つの監視装置間でのデータの伝送を可能にする通信インターフェイスの特異性を利用する。他の装置の識別は、高位の装置の制御下で実現される。

第３に、この発明の実施例は、自動車の応用例のための標準的な通信プロトコルである通信プロトコルを用いることを可能にし得る。当該発明はまた、余分なアイソレータ／カプラ（たとえば、光アイソレータ）が（たとえば、第１の監視装置および最後の監視装置のための）通信に必要とされる場合にも直列接続されたバッテリセルの積層におけるすべてのバッテリセルが同じ負荷を認識することを保証する。

この発明は、パワーセルの積層を監視および／または制御するためのシステムにおいて用いるのに適用可能な信号システムに関する。パワーセルは、光電池、熱／光電池、燃料電池、バッテリセル、…であってもよい。図１から分かるように、パワーセルの積層は、直列接続されたパワーセルＣ１（８）、…Ｃｉ−１（１２）、Ｃｉ（１３）、…Ｃｎ（１４）を含む。すなわち、パワーセルＣｉ−１の負端子Ｃｉ−１^-は、隣接するパワーセルＣｉの正電極Ｃｉ⁺に接続されている。セルＣ１の正端子Ｃ１⁺は、パワーセルの積層の正端子であり、セルＣｎの負端子Ｃｎ^-は、パワーセルの積層の負端子である。

監視装置ＣＭｉは各々のパワーセルＣｉに関連付けられて、パワーセルの特性（温度、電圧、…）を監視する。すべての監視装置ＣＭｉは、それが関連付けられているパワーセルＣｉによって電力が供給されており、たとえば、装置ＣＭｉの正の供給端子（１）はパワーセルＣｉの正端子Ｃｉ⁺に接続され、装置ＣＭｉの負の供給端子（２）はパワーセルＣｉの負端子Ｃｉ−に接続されている。正端子Ｃｉ⁺および負端子Ｃｉ−は、Ｖ（Ｃｉ⁺）すなわち端子Ｃｉ⁺における電位が、Ｖ（Ｃｉ^-）すなわち端子Ｃｉ^-における電位よりも高いことを意味するものとして理解されるべきである。

監視装置ＣＭｉはセルＣｉの状態を監視し（たとえば、当該セルの正端子Ｃｉ＋と負端子Ｃｉ−との間の電位差を測定するが、パワーセルＣｉがバッテリであればパワーセルＣｉの温度、電解質のｐＨ、…を測定し得る）、セルＣｉの状態についての情報を他の監視装置に伝える。この発明においては、監視装置はデイジーチェーン接続されており、監視装置ＣＭｉ−１の出力ポート（４）は、単一のワイヤ（または通信リンク）（６）を介して隣接する監視装置ＣＭｉの入力ポート（３）に接続されている。データは、装置ＣＭｉ＋１、ＣＭｉ＋２、…、ＣＭｉ＋ｋ−１（ｉおよびｋは当然整数である）による装置ＣＭｉの搬送によって送信されることなしには、監視装置ＣＭｉと監視装置ＣＭｉ＋ｋ（ｋ＞１）との間で交換することはできない。以下において、この明細書全体を通じて記載されるように、隣接する監視装置ＣＭｉ＋１、…とデータをやり取りする監視装置ＣＭｉについて言及するのに、監視装置、信号装置またはノードという語を区別なしに用いることとする。

バッテリセルＣｉの正電極Ｃｉ⁺（負電極Ｃｉ^-）における電位は、指標ｉに応じて、すなわち、階段状（図２を参照）の積層におけるセルの位置に応じて変動する。図２から分かるように、装置ＣＭｉ−１の正の供給電圧と隣接する装置ＣＭｉの負の供給電圧との間
の電位差は、それぞれ、装置ＣＭｉおよびＣＭｉ−１によって認識される電圧差の合計である。これは、監視装置ＣＭと、特に、装置ＣＭｉ−１から装置ＣＭｉへのデータ伝送にかかわるトランジスタスイッチとを構築するのに用いられる電子部品にとって重要でないわけではない。

先行技術においては、隣接する装置が異なる供給電圧（異なる基準電圧）で動作する場合、装置ＣＭｉ−１の出力端子（４）で生成され、装置ＣＭｉの入力ポート（３）において印加される電圧信号は装置ＣＭｉ−１の負の供給端子よりも低くなる可能性があり、Ｖ（Ｃｉ−１ ⁺ ）−Ｖ（Ｃｉ−１ ^- ）よりも高い、たとえばＶ（Ｃｉ−１ ⁺ ）−Ｖ（Ｃｉ ^- ）と同じくらい高い電圧差（すなわち、電気的ストレス）を与え得る。この発明については、出力（４）におけるＣＭｉ−１についての電圧振れ幅はＶ（Ｃｉ−１ ⁺ ）−Ｖ（Ｃｉ−１ ^- ）の範囲に留まり、これは、セルＣ１およびＣｎのためのデイジーチェーンにおけるすべてのセルに対して有効である。したがって、デイジーチェーン内のすべてのセルは、チェーンにおけるそれらの位置に関係なくそれらの出力において同じ電圧振れ幅を有することとなり、結果として、装置ＣＭｉについてのすべての出力（４）は、パワーセルＣｉに対して全く同じ負荷を与えることとなる。この発明は、隣接する監視装置ＣＭｉ−１とＣＭｉとの間でのデータの伝送を可能にしつつ、当該技術において公知の解決策とは反対に、監視装置の出力（４）を動作マージン内に維持する信号システムを提案する。この発明のこの部分は出力の実現例を簡略化したものであり、苛酷な自動車環境における外乱に対して信号方式をよりロバストなものにする。

この発明は、複数のパワーセル（Ｃｉ−１，Ｃｉ）とともに用いるための信号システムを提案している。各セルは異なる供給電圧間隔（（Ｖ（Ｃｉ−），Ｖ（Ｃｉ＋））を有し、各セルはそれぞれの信号装置（ＣＭｉ）を有し、各々の信号装置（ＣＭｉ）は対応するパワーセル（Ｃｉ）によって電力が供給される。当該信号システムは、
少なくとも、（ｉ−１）番目およびｉ番目の信号装置（ＣＭｉ−１，ＣＭｉ）と、
上記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の出力端子（４）から上記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）の入力端子（３）に信号を伝送するための通信リンク（６）とを含み、
上記通信リンクは導電接続を含み、
上記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）は、伝送すべき信号に応じて上記出力端子（４）における電位を変動させるための手段（図５：Ｑｉ−１（１６），Ｒａｉ−１（１７））を含み、
上記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）は、上記通信リンク（６）および上記入力端子（３）を介して上記出力端子（４）の電位の変動を検知し（比較器２７）、検知された電位の変動に応じて変動する信号（２８）を出力するための手段を含み、
上記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）はまた、（ｉ−１）番目の信号装置の出力端子（４）における電位の変動を、上記（ｉ−１）番目の信号装置の供給電圧間隔［Ｖ（Ｃｉ−１ ^- ），Ｖ（Ｃｉ−１ ⁺ ）］に制限するための手段を含むことを特徴とする。

特に、（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の出力端子（４）における電位の変動を制限するための手段は、抵抗器Ｒｂｉ（２４）および電流源Ｓｒｃｉ（２５）を含む。

この発明の別の実施例（図４、図５）に従うと、少なくとも１つの信号装置の出力は、供給電圧ＶＣＣｉ−１および局所的な接地電圧ＧＮＤｉ−１によって電力が供給され、供給電圧および接地電圧は、セル電圧Ｖ（Ｃｉ−１＋）およびＶ（Ｃｉ−１−）を用いてＤＣ−ＤＣ電圧コンバータによって生成されるか、または、少なくとも１つの信号装置が、その対応するセル電圧Ｖ（Ｃｉ−１＋）およびＶ（Ｃｉ−１−）によって直接的に電力供給される。ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータによって生成される出力段（４）の供給電圧Ｖ（ＶＣＣｉ−１）−Ｖ（ＧＮＤｉ−１）は、セル電圧Ｖ（Ｃｉ−１＋）−Ｖ（Ｃｉ−１−）よりも高いかまたは低い可能性がある。装置Ｃｍｉの対応する入力段は、装置Ｃｍｉの比較
器（２７）の正確な動作を保証するためにＲｂｉおよびＳｒｃｉについての適合値を含む。

この発明はまた、上述に提案された信号システムを含む、複数のパワーセルを監視するためのシステムを提案する。特に、このような監視システムは（図６を参照）、
中央監視装置（２９）および一連の分散型監視装置を含み、各々の監視装置は対応する信号装置（ＣＭｉ）を含み、当該監視システムはさらに、
上記中央監視装置の出力端子を第１の監視装置／信号装置ＣＭ１の入力端子（３）に結合するためのアイソレータ（３０）を含み、当該アイソレータ（３０）は、第１の監視装置の入力端子における電圧変動を、第１のバッテリセル（Ｖ（Ｃ１⁺））の最大供給電圧よりも低く、かつ、第１のバッテリセル（Ｖ（Ｃ１^-））の最低供給電圧よりも高くなるよう制限する。

この発明はさらに、複数のパワーセル（Ｃｉ−１，Ｃｉ）とともに用いるための信号方法に関する。各セルは異なる供給電圧間隔（（Ｖ（Ｃｉ−），Ｖ（Ｃｉ＋））を有し、各セルはそのそれぞれの信号装置（ＣＭｉ）を有し、各々の信号装置（ＣＭｉ）は対応するパワーセル（Ｃｉ）によって電力が供給され、当該信号方法は、
上記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の出力端子（４）から上記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）の入力端子（３）に信号を伝送するステップを含み、当該方法はさらに、
伝送すべき信号に応じて上記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の上記出力端子（４）における電位を変動させるステップと、
上記電位の変動を上記（ｉ−１）番目の信号装置の供給電圧間隔［Ｖ（Ｃｉ−１^-），Ｖ（Ｃｉ−１⁺）］に制限するステップと、
上記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）の入力端子（３）において、上記ｉ−１番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の上記出力端子（４）の電位の変動を検知し、検知された電位の変動に応じて変動する信号（２８）を出力するステップとを含むことを特徴とする。

この発明の一局面に従うと、当該方法は、抵抗器および電流源による比較器（２７）の入力における上記電位の変動の制限を含み得る。

この発明はまた、複数のパワーセルを監視する方法に関し、当該方法は、中央監視装置（２９）と一連の分散型監視装置とを用い、各々の分散型監視装置は対応するパワーセルに結合され、それぞれの信号装置を含み、当該監視方法はさらに上述の信号方法を利用する。この発明に従うと、当該監視方法はまた、分散型監視装置の中で第１の監視装置を決定するステップを含み得る。

この発明の一局面に従うと、このような監視方法はまた、分散型監視装置の各々にアドレスを割当てるステップを含み得る。

この発明の一局面に従うと、このような監視方法はまた、各々の分散型監視装置のアドレスにおける制御ビットを更新するステップを含み得る。

具体的な実施例の説明
この発明は、特定の実施例および添付のいくつかの図面に関連して説明されるが、これらに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。添付の図面は概略的なものにすぎず、限定的なものではない。図面においては、要素のうちのいくつかの大きさは、例示の目的で誇張されて縮尺通りに描かれていない可能性がある。寸法および相対寸法は、この発明の実施のための実際の縮小には対応していない。

さらに、明細書および添付の特許請求の範囲における上部、底部、上、下などの語は、説明の目的で用いられるものであり、必ずしも相対位置を説明するものではない。このように用いられている語が適切な環境下では同義であり、この明細書中に記載される発明の実施例がこの明細書中に記載または例示される以外の位置付けで動作可能であることが理解されるべきである。

なお、クレームで用いられる「含む（comprising）」という語が以下に列挙される手段に限定されると解釈されるべきではないことに留意されたい。これは他の要素またはステップを除外するものではない。従って、これは、言及されている上述の特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものとして解釈されるべきであるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップもしくは構成要素またはそのグループについての存在または追加を除外するものではない。従って、「手段ＡおよびＢを含む装置」という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢだけを含む装置に限定されるべきではない。これは、この発明に関して、当該装置の関連する構成要素だけがＡおよびＢであることを意味している。

同様に、クレームにおいて用いられる「結合される」という語が直接接続だけに限定されるものと解釈されるべきではないことに留意されたい。従って、「装置Ｂに結合された装置Ａ」という表現の範囲は、装置Ａの出力が装置Ｂの入力に直接接続されている装置またはシステムに限定されるべきではない。これは、Ａの出力とＢの出力との間に、他の装置または手段を含む経路であり得る経路が存在することを意味している。

この発明を、この発明のいくつかの実施例の詳細な説明によって説明する。この発明の他の実施例がこの発明の真の精神または技術的な教示から逸脱することなく当業者の知識に基づいて構成可能であり、この発明が添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることは明らかである。

図１から分かるように、Ｎ個の直列接続されたパワーセルＣ１（８）、Ｃ２（９）、Ｃ３（１０）、Ｃ４（１１）、…、Ｃｉ−１（１２）、Ｃｉ（１３）、…Ｃｎ（１４）の積層について考察する。パワーセルは、バッテリセル、光電池、熱電池または燃料電池、および、電圧または電流を生成する他のいかなる装置であってもよい。特に、パワーセルは（電気化学）バッテリである。この発明の範囲を限定することなく簡略化するために、すべてのパワーセルが、その負電極とその正電極との間に同じ電圧差（または起電力）ＶＣを発生させると想定してもよい。パワーセルは積層されるか、または、言い換えれば、単一のパワーセルによって生成されるよりも大きな電圧差を発生させるよう直列接続される。たとえば、図１の例においては、バッテリセルＣ１（８）の負電極はバッテリセルＣ２（９）の正電極に接続され、バッテリセルＣ２（９）の負電極はバッテリセルＣ３（１０）の正電極に接続される、などである。

パワーセルＣｉは、監視装置ＣＭｉ、すなわち、パワーセルＣｉを特徴付けるパラメータ、たとえば、その温度、その正端子Ｃｉ⁺と負端子Ｃｉ^-との間の電位差などのうちの１つまたはいくつかを監視し得る装置、によって監視される。以下においては、これらの装置を、監視ノード、監視装置、制御装置、制御ノード、スレーブ、スレーブユニットとして区別なく称することとする。監視装置は、単一のパワーセル（図１を参照）または２つ以上の隣接するパワーセルのグループ（図３を参照）を監視し得る。本願については、「セル」という語が明細書またはクレームにおいて用いられる場合、１つ以上のセルを意味するものであり、異なるセルが、直列もしくは並列に、または直並列に接続されてもよい。監視装置は、それらが監視するパワーセルまたはパワーセルのグループによって電源供給される。すなわち、各々の監視装置ＣＭｉは、それが監視するパワーセルの正端子Ｃｉ⁺および負端子Ｃｉ^-から電力を得るか、または、それがパワーセル素子のグループを監視するとき、パワーセル素子の上記グループにおける最高電位における正端子と最低電位に
おける負端子とから電力を得る。以下において、指標ｉによって積層におけるパワーセルを識別することとする。ｉ番目のパワーセルは、その正電極が（ｉ−１）番目のパワーセルの負電極に接続されており、その負電極が（ｉ＋１）番目のパワーセルの正電極に接続されている。同じ指標ｉを用いて、ｉ番目の監視装置と、それが監視するｉ番目のパワーセルとを指定することとする。

ｉ番目の監視ノードが直列接続されたパワーセル素子のグループを監視している場合、指標ｉは、図３からわかるように、バッテリセルのそのグループを指定し、Ｃｉ⁺はパワーセル素子のそのグループにおける最高電位における正端子を指定し、Ｃｉ^-はバッテリセルのそのグループにおける最低電位における端子を指定する。Ｖ（Ｃｉ⁺）は、こうして、ｉ番目の監視装置ＣＭｉの正の供給端子の電位となり、Ｖ（Ｃｉ^-）は、ｉ番目の監視装置ＣＭｉの負の供給端子の電位となる。図２からわかるように、指標ｉが低ければ低いほど、電位Ｖ（Ｃｉ⁺）およびＶ（Ｃｉ^-）は高くなる。すなわち、Ｖ（Ｃｉ⁺）＞Ｖ（Ｃｉ^-）＝Ｖ（Ｃｉ＋１⁺）＞Ｖ（Ｃｉ＋１^-）となる。

パワーセルのパラメータの測定に必要なセンサまたはプローブ手段に加えて、監視装置はアクチュエータを含んでもよく、特に、パワーセル（もしくはパワーセル素子）を分流することのできるスイッチ、デジタル信号処理ユニットおよび／またはマイクロプロセッサおよび／またはマイクロコントローラおよび／または状態機械および／または組合せ論理の形をとるロジックもしくはバイナリデータ処理手段を含んでもよい。以下において、このようなブロックを「ロジック」と称する。当該監視装置は、アナログフィルタ、増幅器、レベルシフタ、…の形をとるアナログデータ処理手段、ならびに、電圧または電流基準を生成するための他の回路、アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）および／またはデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）、補助供給電圧を生成するためのＤＣ−ＤＣコンバータを含んでもよく、または含まなくてもよい。当該監視装置は、測定したパラメータを隣接する監視装置および／または中央管理ユニット（マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、コンピュータ、…）に伝えるための通信手段を含む。

監視装置の例が図４に概略的に示されている。監視装置の通信手段は、メッセージを受信するための入力ポートＩＮ（３）と、メッセージを送信するための出力ポートＯＵＴ（４）とを含む。出力ポート３上の入力メッセージが受信機１５によって受信され、ここで入力信号がデータＲ_xに変換され、これが、汎用アナログおよび／またはデジタル回路１８に含まれる論理回路１８１によって翻訳され得る。

監視装置の汎用アナログおよび／またはデジタル回路１８内で生成された信号は、しばしば、他の監視装置および／または中央管理ユニットと共有される必要がある。これらの信号はｉ番目の監視装置の論理回路１８１が受信したデータＲ_xであってもよく、これは、他の監視ノードおよび／または中央管理ユニット２９に中継されなければならない。これらの信号はまた、監視ノード上で生成されるデータ：ハウスキーピング回路１８２によって生成され、監視ノード自体に関するデータ（アドレス、状態、自己テスト手順の結果、温度、…）、ポート１９、２０、２１、…によって監視ノードに接続される外部センサ（図示せず）もしくは内部センサブロック１８４に含まれる内部センサによって生成される信号に関して監視ノード内で信号取得および処理ブロック１８３によって取得されるデータ、または、信号取得および処理ブロック１８３によって取得され、電圧Ｖ（Ｃｉ⁺）およびＶ（Ｃｉ^-）（ならびに、単一の監視装置が図３に示される２つ以上のパワーセル素子を監視する際におけるバッテリセルの中間ノードの電圧）に関するデータであってもよい。上記信号に対応する出力メッセージは、送信機１４を介して出力ポート４上で利用可能にされる。ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ１８５は、電圧Ｖ（Ｃｉ⁺）およびＶ（Ｃｉ^-）を用いて供給電圧ＶＣＣｉを生成し、回路１８ならびに／または受信機１５および送信機１４に電力を供給するのに用いられる局所的な基準接地電圧ＧＮＤｉを供給する。自明な
場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータが存在せず、回路はＣｉ⁺およびＣｉ^-から直接的に電力供給される。すなわち、ＶＣＣｉ＝Ｖ（Ｃｉ⁺）および／またはＶ（ＧＮＤｉ）＝Ｖ（Ｃｉ^-）である。いくつかの応用例においては、Ｖ（Ｃｉ^-）．＜ＶＣＣｉ＜Ｖ（Ｃｉ⁺）となるようにＶＣＣｉを生成することが有利になり得る。

監視装置間のデータの伝送に関する問題は、上記監視装置が異なる供給レベル／異なる基準電圧で動作することに起因している。たとえば、（ｉ−１）番目の監視装置ＣＭｉ−１およびｉ番目の監視装置ＣＭｉからの信号の伝送について考察する。（ｉ−１）番目の監視装置ＣＭｉ−１は供給電圧Ｖ（Ｃｉ−１⁺）とＶ（Ｃｉ−１^-）との間で動作し、ｉ番目の監視装置ＣＭｉは供給電圧Ｖ（Ｃｉ⁺）とＶ（Ｃｉ^-）との間で動作する。

先に述べたように、先行技術では、開放ソースＭＯＳＦＥＴを用いることによって（２つの隣接する監視装置間で）信号を送信することについて提案しているが、この場合、上記ＭＯＳＦＥＴのドレインとソースとの間の電圧がＶ（Ｃｉ−１⁺）−Ｖ（Ｃｉ^-）と同じくらい高くなるかもしれないという不利点がある。

この発明においては、送信機１４および受信機１５はたとえば図５に示されるとおりであってもよい。

（ｉ−１）番目の監視ノードＣＭｉ−１の送信機１４は、スイッチ、特に、電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴもしくはＪＦＥＴ）またはバイポーラトランジスタであり得るトランジスタスイッチＱｉ−１ １６を駆動する回路２３を含む。明確にするために、トランジスタスイッチＱｉ−１ １６がｎ型ＭＯＳＦＥＴである特定の場合について考察する。ｎ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ１６のソース電極は、局所的なＧＮＤ電源、すなわちＧＮＤｉ−１に接続される。ｎ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタＱｉ−１ １６のドレイン電極は、プルアップ抵抗器Ｒａ ｉ−１ １７を介して局所的な供給電圧ＶＣＣｉ−１に接続される。抵抗器１７の抵抗をＲ１とする。ｎ型ＭＯＳＦＥＴトランジスタ１６のゲート電極は回路２３に接続され、ここで、監視装置の汎用アナログおよび／またはデジタル回路１８によって生成される信号２２がトランジスタ１６を駆動するのに適切な信号に変換される。このために、回路２３は、回路１８をトランジスタ１６の制御電極に接続する単一のワイヤであり得るか、または、信号２２の電圧レベルを増幅および／または整形および／またはバッファリングおよび／またはシフトする回路であり得る。信号２２は、典型的には、より低い電圧値Ｌまたはより高い電圧値Ｈをとるバイナリ信号であり、より低い電圧値およびより高い電圧値はともに間隔［ＧＮＤｉ−１，ＶＣＣｉ−１］内にあるものとする。その入力におけるより低い電圧値に応じて、回路２３は、トランジスタ１６が開かれるような電圧をトランジスタ１６のゲートに印加する。その場合、プルアップ抵抗器１７は、出力ポート４上の電圧をＧＮＤｉ−１よりも高いがＶＣＣｉ−１よりも低い電圧にする。その入力におけるより高い電圧値に応じて、回路２３は、トランジスタ１６が閉じられるような電圧をトランジスタ１６のゲートに印加することとなる。その場合、トランジスタ１６は、出力ポート４上の電圧を強制的にＧＮＤｉ−１に実質的に等しい電圧にする。（ｉ−１）番目の監視装置ＣＭｉ−１の出力ポート４上で生成された電圧信号は、導電性ワイヤ６を介してｉ番目の監視装置ＣＭｉの入力ポート３に印加される。ｉ番目の監視ノードの受信機ブロック１５は、第１および第２の入力を備えた比較器２７と電流源２５と抵抗器２４とを含む。比較器２７は、間隔ＶＣＣｉおよびＧＮＤｉの範囲内で電源によって電力供給される。

ｉ番目の監視装置ＣＭｉの入力ポート３は、抵抗器Ｒｂ ｉ２４を介して比較器２７の第１の入力に接続される。ＧＮＤｉの電位よりも高くＶＣＣｉよりも低い基準電圧Ｖｒｅｆは比較器２７の第２の入力に印加される。電流源Ｓｒｃｉ２５は電流Ｉ_Bを抵抗器２４に通らせる（スイッチＳｗｉ２６は閉じられるものとする）。比較器２７の第１の入力上
における結果として得られる電圧は、入力ポート３の電圧Ｖｉｎから抵抗器２４にわたる電圧降下を引いたものに等しく、当該電圧降下は、電流Ｉ_Bと抵抗器Ｒｂ ｉ２４の抵抗値Ｒ２とに比例している。

（ｉ−１）番目の監視装置ＣＭｉ−１のトランジスタスイッチＱｉ−１ １６が開いているとき、ｉ番目の監視装置ＣＭｉの入力ポート３における電圧Ｖｉｎ（ｉ）と電圧Ｖ（＋）（この場合、Ｖ（＋）はｉ番目の監視装置ＣＭｉの比較器２７の第１の入力、たとえば図５に示される＋入力、における電圧である）は、以下の数式が満たされるようなものとされる。

ＶＣＣ_i-1−Ｒ１×Ｉ_B＝Ｖｉｎ（ｉ）
Ｖｉｎ（ｉ）−Ｒ２×Ｉ_B＝Ｖ（＋）

（ｉ−１）番目の監視装置ＣＭｉ−１のトランジスタスイッチＱｉ−１ １６が閉じられているとき、ｉ番目の監視装置ＣＭｉの入力ポート３における電圧Ｖｉｎ（ｉ）と電圧Ｖ（＋）（この場合、Ｖ（＋）はｉ番目の監視装置ＣＭｉの比較器２７の第１の入力、たとえば図５に示される＋入力、における電圧である）は、以下の数式が満たされるようなものとされる。

ＧＮＤ_i-1＝Ｖｉｎ（ｉ）
Ｖｉｎ（ｉ）−Ｒ２×Ｉ_B＝Ｖ（＋）

電流Ｉ_B、抵抗器２４の抵抗値および電圧Ｖｒｅｆは、（ａ）（ｉ−１）番目の監視装置ＣＭｉ−１のトランジスタＱｉ−１ １６が２つの状態（開いているかまたは閉じている）のうち第１の状態である場合に比較器２７の第１の入力における電位、たとえばＶ（＋）がＶｒｅｆより低くなるように、そして、（ｂ）ｉ番目の監視装置のトランジスタ１６が上記２つの状態（開いているかまたは閉じている）のうち第２の状態である場合に比較器２７の第１の入力における電位がＶｒｅｆよりも高く（但し、ＶＣＣｉよりも低く）なるように選択される。特に、積Ｒ２×Ｉ_Bは、Ｖ（Ｃｉ＋）−Ｖ（Ｃｉ−）（または、Ｖ（ＶＣＣｉ）−Ｖ（ＧＮＤｉ））に等しいものとされる。比較器２７の第１の入力における電圧は、比較器が適切な動作および／または長期にわたる確実性を阻害することなく動作し得る電圧限度範囲内で十分に維持され、比較器２７の出力において生成されるバイナリデータＲｘ２８は、装置ＣＭｉの汎用アナログおよび／またはデジタル回路１８と両立可能な電圧間隔内で変動する。特に、電圧差Ｖ（Ｃｉ⁺）−Ｖ（Ｃｉ−）（またはＶ（ＶＣＣｉ）−Ｖ（ＧＮＤｉ））がすべての監視ノードに対して実質的に同じ値ＶＣを有するものと仮定すれば、電流Ｉ_B、抵抗器２４の抵抗値Ｒ２および抵抗器１７の抵抗値Ｒ１は、抵抗器２４にわたる電圧降下が実質的にＶＣに等しくなり、抵抗器１７にわたる電圧降下がＶＣに比べて小さくなるように選択される。この場合、ｉ番目の監視装置については、Ｖ（＋）は、実質的にはトランジスタＱｉ−１ １６が閉じられている場合のＶ（ＧＮＤｉ）から、実質的にはトランジスタＱｉ−１ １６が開いている場合のＶＣＣｉへと変動する。抵抗Ｒ２および電流ＩＢの上記の選択についての別の結果として、（監視装置ＣＭｉ−１の出力ポート（４）における電圧に等しい）監視装置ＣＭｉの入力ポート（３）における電圧は、（ｉ−１）番目の監視装置ＣＭｉ−１のスイッチＱｉ−１ １６が開いている場合、ＶＣＣｉ＝ＧＮＤｉ−１よりも低くならない。したがって、数式１、２、３および４ならびに条件Ｒ２×Ｉ_B＝ＶＣに基づけば、（ｉ−１）番目の監視装置の出力（４）における電圧は、ＧＮＤｉ−１とＶＣＣｉ−１に実質的に等しい電圧との間で変動することとなる（厳密に言えば、数式１から推論され得るように、この電圧はＶＣＣｉ−１−Ｒ１×ＩＢに等しくなる）。

条件Ｒ２×ＩＢ＝ＶＣは、図１１からわかるように、電流源Ｓｒｃｉ２５で有利に実現される。基準バイアス電流ＩＢは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタＭ１と、抵抗器Ｒｂｉと同じ抵抗Ｒ２を有する抵抗器１１０とで生成される。トランジスタＭ１はダイオードの態様で接続され、ＶＣＣｉとＧＮＤｉとの間で抵抗器Ｒ１と直列に接続されている。抵抗器１１０における電流は（ＶＣＣｉ−ＶＤＳ−ＧＮＤｉ）／Ｒ２に等しく、この場合、ＶＤＳはトランジスタＭ１のドレインとソースとの間の電圧降下である。１次近似の場合、その電流は（ＶＣＣｉ−ＧＮＤｉ）／Ｒ２に等しくなる。当該電流は、トランジスタＭ２およびＭ３を介してトランジスタＭ４にミラーされる。スイッチＳｗｉ２６が閉じられている場合、トランジスタＭ４は電流源としての役割を果たし、強制的に電流ＩＢを抵抗器Ｒｂｉ２４に通す。トランジスタＭ１とＭ２とのミラー比Ｂ１は１であり、トランジスタＭ３とＭ４とのミラー比Ｂ２も１であり、トランジスタＭ４における電流ＩＢは抵抗器１１０における電流に等しくなる。抵抗器２４にわたる電圧降下は、Ｒ２×（ＶＣＣｉ−ＶＧＮＤｉ）／Ｒ２＝ＶＣＣｉ−ＧＮＤｉに等しくなる。たとえ供給電圧ＶＣＣｉが変動していても、抵抗器２４Ｒｂｉにわたる電圧降下は常にＶＣＣｉ−ＧＮＤｉに等しくなる。この結果は、当該技術において提案されるとおり抵抗分割器で達成することが、不可能ではないにしても、非常に困難になるだろう。電流源Ｓｒｃｉ２５のこの記載においては、抵抗器１１０および抵抗器Ｒｂｉ２４が同じ抵抗Ｒ２を有するものとしてきた。その場合、一方ではトランジスタＭ１とＭ２とについてのミラー比Ｂ１が１になり、他方ではトランジスタＭ３とＭ４とについてのミラー比Ｂ２が１になるものと想定しなければならない。ミラー比Ｂ１およびＢ２は１でなくてもよいが、その場合、抵抗器１１０の抵抗は、Ｒ２×ＩＢ＝（ＶＣＣｉ−ＧＮＤｉ）を保証するように、Ｒ２×Ｂ１×Ｂ２に等しくならなければならない。

提案された送信機１４および受信機１５では、トランジスタＱｉ−１ １６の第１および第２の主電極間における電圧差は、上述の数式１〜４からわかるように、ＶＣ未満に維持される（すなわち、トランジスタ１６は適切な動作および／または長期間にわたる確実性に影響を及ぼし得る電気的ストレスに晒されない）。すべての監視ノードＣＭｉの出力ポート４における電圧は間隔［Ｖ（Ｃｉ^-），Ｖ（Ｃｉ⁺）］内に留まることとなる。驚くべきことに、これは、この発明に従った監視装置ＣＭｉが、監視装置ＣＭｉ−１とＣＭｉとの間にオプトカプラを必要とすることなく、当該技術において公知の通信プロトコル、特にＬＩＮプロトコル、と両立可能な態様でデータを送信することを意味する。これはまた、送信機に関する供給電流がすべての出力（４）に対して同じであることを意味する。というのも、すべての出力が同じ電圧振れ幅を有するからである。

ここで、上述の送信機１４および受信機１５が、一連のデイジーチェーン接続された監視装置ＣＭｉにおいて第１の監視装置ＣＭ１を識別するのに有利に使用可能であることがわかるだろう。

先に述べたように、場合によっては、データは、監視装置間だけでなく、監視装置と中央管理ユニット２９との間でも交換されなければならない。中央管理ユニットが少なくとも１つの供給電圧を監視装置のうちの１つと共有すると仮定すれば、データ管理ユニットは送信機１４および／または受信機１５を用いて、第１または最後の監視装置とデータを交換し得る。特に、図１における監視装置のうちの１つは、監視装置としてのその役割に加えて、中央管理ユニットの役割を果たし得る。

しかしながら、大抵の場合、中央管理ユニットは、監視装置のいずれとも共通の電源を持たないか、または、アイソレータなしで中央管理ユニットと監視装置との間でデータを交換させることは実用的ではないだろう。この場合には、たとえば監視装置が大量生産され、実質的に同一になっている。すなわち、抵抗器１７および２４の抵抗値Ｒ１およびＲ２、ならびに、電流源２５によって供給される電流Ｉ_Bが監視装置間で実質的に変化しないままとなっている。

図６からわかるように、バッテリセルＣ１（８）に関連付けられる監視ユニットＣＭ１は、オプトカプラ３０を駆動する中央管理ユニット２９からデータ（５ａ，５ｂ）を受信する（当該カプラ３０は、たとえば光学的または磁気的相互接続に基づいた他のいかなる電気的アイソレータ／カプラであってもよい）。（Ｃ１⁺に接続されるか、または以下に提案されるようにＶＣＣ１に接続される）プルアップ抵抗器３１は、オプトカプラ３０の適切な動作のために必要である。第２のオプトカプラ３２は最後の監視装置によって駆動され、これにより中央データ管理ユニット２９にデータを送信することが可能となる。情報は、ＣＭ１、ＣＭ２、…ＣＭｉ−１を通ることによって中央データ管理ユニット２９からいずれかの監視装置ＣＭｉに送信され得る。データはいずれかの装置ＣＭｉから送信され、ＣＭｉ＋１，…Ｃｎおよびオプトカプラ３２を通ることによって中央データ管理ユニット２９に到達し得る。

デジタルデータが中央管理ユニット２９によって送信される場合と同様に、データ信号５ａの電流レベルが（オプトカプラ３０を停止または起動させるのに十分である）より低い値とより高い値との間で変動する場合、電流は流れないかまたはプルアップ抵抗器３１を通って流れることとなる。結果として、バッテリセル８に関連付けられる監視ユニットＣＭ１の入力ポート３上の電圧は、その監視装置の電源Ｖ（Ｃ１＋）に実質的に等しい電圧からＧＮＤ１に実質的に等しい電圧へと変動する。これは、ＣＭ１の受信機１５からのスイッチ２６が開いていようと閉じていようと当てはまるだろう。

上述のように、デイジーチェーンにおけるすべてのｉ番目の監視装置の出力ポート４上の電圧はＧＮＤｉとＶＣＣｉとの間で変動する。これは、デイジーチェーンにおけるすべてのｉ番目の監視装置の入力ポート３において認識される電圧が、ＧＮＤｉ−１＝ＶＣＣｉに等しい第１の電圧とＶＣＣｉよりも高い第２の電圧との間で変動することを意味する。特に、Ｒ１＜Ｒ２およびＲ２×Ｉ_B＝ＶＣであれば、デイジーチェーンにおけるすべての（ｉ＋１）番目の監視装置の入力ポート３において認識される電圧は、ＧＮＤｉ＝ＶＣＣ（ｉ＋１）に実質的に等しい第１の電圧とＶＣＣ（ｉ＋１）よりも実質的に高い第２の電圧との間で変動することとなる。こうして、提案される発明では、監視装置ＣＭｉの入力ポート３上でデータが受信される電圧がＶＣＣｉ（またはＶ（Ｃｉ⁺））を超えない場合、装置ＣＭｉは装置ＣＭ１となり、装置ＣＭｉのデイジーチェーンにおいて第１の装置となり、最大供給電圧Ｖ（Ｃ１⁺）で動作し、第１のパワーセルＣ１に関連付けられる。監視装置ＣＭｉの入力ポート３上でデータが受信される電圧がデータの伝送時にＶＣＣｉを超える場合、装置ＣＭｉは、装置ＣＭｉのデイジーチェーンにおいて第１の装置とはならない。

パワーセルＣｉがさまざまにロードされるのを防ぐために、抵抗器は、第１のものではないすべての監視装置ＣＭｉのプルアップ抵抗器Ｒａｉ（１７）と並列に用いられてもよい。この状況が示される図７においては、プルアップ抵抗器３１はＶＣＣｉに接続されている。ＣＭ１については、抵抗器３１はオプトカプラ（３０）のために用いられる。この実現例により、いずれの監視装置ＣＭｉもＣｉに対して同じ負荷を有することが確実にされる。すべてのＣＭｉについては、プルアップ抵抗器はセルＣ１または他のセルとは関係なく同じ電圧差Ｖ（Ｃｉ）を認識することとなる。監視装置が集積回路であれば、抵抗器３１は、ＶＣＣｉおよび補助ポート「Ａｕｘ」に接続される。デイジーチェーン接続されている場合、第１の装置ＣＭ１のＡｕｘポートは（図７に図示のとおり）オプトカプラ３０に接続される。他の監視装置については、補助ポートは、出力ポート４（図７を参照）とともに短絡させられている。

以下においては、監視装置ＣＭｉが、それが第１の監視装置ＣＭ１であるかどうかわかっていない場合、その監視装置の受信機１５のスイッチ２６が開いているものとする。

２つの付加的な比較器３４および３３（図８を参照）を用いて、ｉ番目の監視ＣＭｉ装置の入力ポート（３）上の電圧Ｖｉｎ（ｉ）を監視し得る。

比較器３４がＶｉｎ（ｉ）をＶＣＣ（ｉ）と比較する（代替的には、結果をＶＣＣｉ＋ΔＶと比較する。この場合、０＜ΔＶ＜ＶＣである）。これは、たとえば、入力Ｖｉｎ（ｉ）を抵抗分割器で分割し、その結果を（同じ比率で）分割されたバージョンのＶＣＣｉ（もしくはＶＣＣｉ＋ΔＶ）と比較することによって、または当該技術から公知の他の方法もしくは回路によって、実行され得る。比較器３４によってなされた比較の結果をＶＣＯＭＰ１とする。

比較器３３が、ＧＮＤｉ＜Ｖｒｅｆ＜ＶＣＣ（ｉ）となるようにＶｉｎ（ｉ）を基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。比較器３３によってなされた比較の結果をＶＣＯＭＰ２とする。

ＣＭ１については、ＣＯＭＰ１の出力は常に低くなるだろう。実際には、Ｖｉｎ（１）は常にＶＣＣ１以下となる（したがって、これはＶＣＣ１＋ΔＶよりも小さくなる）。

ＣＭ１については、ＣＯＭＰ２の出力は低い状態Ｌと高い状態Ｈとの間で変動する。これは、データがＣＭ１によって受信されていることを示す。

ＣＭ１については、スイッチＳＷ１（２６）は開いたままとなり、電流ＩＢは抵抗器Ｒｂ１には通されない。比較器（２７）の入力における電圧はＧＮＤ１とＶＣＣ１との間で変動する。

ＣＭ１以外のいずれの監視装置ＣＭｉについても、ＣＯＭＰ２の出力はＬとＨとの間で変動する。これは、データがＣＭｉによって受信されていることを示す。ＣＯＭＰ１の出力もＬとＨとの間で変動する。実際には、Ｖｉｎ（ｉ）（ｉ≠１）は、ＧＮＤｉ−１＝ＶＣＣｉ＜ＶＣＣｉ＋ΔＶと、

との間で変動する（スイッチＳｗｉ２６が開いていれば、プルアップ抵抗器Ｒａ ｉ−１には実質的な電流は流されない）。

ＣＯＭＰ２で示されるようにデータが受信され、ＣＯＭＰ１で示されるように装置ＣＭｉの入力ポート（３）における電圧がＧＮＤｉ−１＝ＶＣＣｉとＶＣＣｉよりも高い値との間で変動する場合、スイッチＳｗｉ（２６）は閉じられる。スイッチＳｗｉ（２６）が閉じられると、電流ＩＢが抵抗器Ｒｂｉ（２４）に通され、Ｖｉｎ（ｉ）が合計Ｒ２×ＩＢ

だけレベルシフトされ、比較器２７の第１の入力における電圧がＧＮＤｉとＶＣＣｉとの間で変動する（これは、ＬＩＮ通信プロトコルと両立可能である）。

監視装置ＣＭｉがデイジーチェーンにおいて第１の装置であるかどうかと、（電流を抵抗器Ｒｂｉ２４に通すために）スイッチＳｗｉ（２６）を閉じるかどうかとを決定する信号ＶＣＯＭＰ１とＶＣＯＭＰ２との組合せが、当該技術に公知の技術に従った適切な論理回路によって実行される（このような回路の例を以下に記載する）。

先に述べたように、システム全体が組立てられた後に監視装置にアドレスを与えることができ、監視装置の作製前もしくはその間、ならびに／または、バッテリ監視システム全体の組立て前もしくはその間にアドレスを与える必要がないことは興味深いことである。たとえば、ＷＯ ００／０５５９６においては、手動で構成されるディップスイッチを用いることによって各々の監視装置に固有のアドレスが与えられる。監視装置のほとんどが半導体チップに集積されていた場合、ディップスイッチを用いるということは、そのチップ上に、必ずしも所望されるとは限らないかまたは利用可能ではない専用の接続ピンが付加されることを示唆するだろう。

デイジーチェーンにおける第１の監視装置が分かっていれば、マスタ、たとえば中央データ管理ユニット２９によってアドレスが割当てられるか、またはそれ自体に第１のアドレスが割当てられる。他の監視装置のアドレス指定は当該技術において公知のいくつかの方法で行われてもよい。たとえば、監視装置は、第１のものであると知らされると／第１のものであると知ると、次の監視装置にメッセージを発行して、当該装置にそれがデイジーチェーンにおける第２の装置であると信号で伝え得る。次いで、その第２の監視装置は、次の監視装置にメッセージを発行して、当該装置にそれがデイジーチェーンにおける第３の装置であると信号で伝え得る、等々である。

この発明の他の実施例については、アドレスの割当は中央データ管理ユニット２９の制御下で行なわれてもよい。この実施例については、中央データ管理ユニットは所望のメッセージを発行して、アドレスを異なる監視装置に割当てることとなる。

たとえば、起動時には、いずれの監視装置もアドレスを有しておらず、入力（３）において受信したデータをそれらの出力（４）には伝えない。起動時には、中央データ管理ユニット２９のコマンドは第１の監視装置に到達するだけであり、そのアドレスを獲得するだろう。アドレスが割当てられると、監視ユニットはその出力（４）を可能化して、次のメッセージがまた次の監視ユニットに到達するようにする。中央データ管理ユニット２９の次のメッセージは、アドレスを次の監視ユニットに割当てることができる。これらのステップを繰返すことにより、アドレスがすべての監視モジュールに割当てられ、最後の監視ユニットＣＭｎにかけての通信ループが閉じられる。

監視装置の順序が、バッテリ／パワーセルの積層におけるバッテリ／パワーセルの順序に対応しているので、ｉ番目の監視ノードの情報をそれが監視するｉ番目のバッテリ／パワーセルに関連付けることができる。

各ノードのアドレスは監視システムの適切な動作のために重要であり、特に、デイジーチェーンにおいてどのノードが第１のノードであり、どのノードが第１のノードでないかを明確に識別するのに最も重要である。これが行わなければ入力メッセージの受信が妨げられてしまう可能性がある。実際には、ノードがデイジーチェーンにおける第１のノードとして誤って識別された場合、スイッチＳｗｉ２６（図８を参照）は起動されず、比較器２７の出力は変動しないだろう。デイジーチェーンにおける第１のノードがデイジーチェーンにおけるさらに別のノードであると誤ってみなされた（すなわち、第１のノードではないと想定された）場合、スイッチＳｗ１が起動され、比較器２７の入力がＧＮＤ１にとどまり、比較器の出力は変動しないだろう。

デイジーチェーンのすべてのノードにおいて見出される制御ビットをＦＩＲＳＴＢとする。ＦＩＲＳＴＢは、ノードがデイジーチェーンにおいて第１のノードでなければ、ハイとなる。ＦＩＲＳＴＢは、ノードがデイジーチェーンにおいて第１のノードであれば、ローとなる。

スイッチＳｗｉ２６は、ＦＩＲＳＴＢがハイであれば閉じられ、ＦＩＲＳＴＢがローであれば開かれる。バッテリ監視システムが始動され、ノードがまだアドレスを発行されていない場合、ＦＩＲＳＴＢはデフォルトでローに設定され、スイッチＳｗｉ２６はデイジーチェーンにおけるすべてのノードのために開かれる。

入力ポート３上の劣性ビット（recessive bit）がそのポート３上でハイの状態である特別の場合について検討する。スイッチＳｗ１ ２６が第１のノードにおいて開いていれば、データの受信時に、入力３上の電圧がＶＣＣ１からＧＮＤ１に変動することとなる。すなわち、当該ノードの入力ポート３が負のエッジ遷移を認識する。比較器ＣＯＭＰ１ ３４の出力はＧＮＤ１に留まり、比較器ＣＯＭＰ２ ３３の出力はＶＣＣ１からＧＮＤ１へと変動する。ＦＩＲＳＴＢはローのままでなければならない。

ここで、デイジーチェーンにおいて第１のノードではないノードの場合について検討する。この場合、入力３における電圧はＶＣＣｉ＋ＶＣとＶＣＣｉとの間で変動する（スイッチＳｗｉ２６は、ＦＩＲＳＴＢがローであれば閉じられない）。そのノードについての比較器ＣＯＭＰ１ ３４の出力がハイからローに変動し、比較器ＣＯＭＰ２ ３３の出力がハイのままとなる。ＦＩＲＴＳＢは、そのノードにおいてスイッチＳｗｉ２６を起動させ、そのノードにおける比較器２７による入力データの受信を可能にするようハイに設定されなければならない。

これに応じてＦＩＲＳＴＢの値を更新する論理回路の実施可能な実現例が図９に示される。第１の２入力ＮＡＮＤゲート３６および第２の３入力ＮＡＮＤゲート３５は、ＲＳフリップフロップとして接続される。ＮＡＮＤゲートの入力のうちの一方は、ＦＩＲＳＴＢをローに初期化するパワーオンリセット信号によって駆動される。

ＦＩＲＳＴＢの状態は、システムの動作中における外乱によって変更される可能性がある。これは、ＦＩＲＳＴＢの値が変更されているノードがデータを適切に受信するのを妨げる可能性がある。この外乱は、たとえば、半導体基板と相互に作用し荷電粒子のカスケードを発生させる電離放射線または中性子によって引起される可能性がある。電離放射線または中性子の原因は人工的または自然なもの（たとえば、宇宙線）であり得る。この外乱はまた、ＥＭＣ外乱、たとえば２つのセル間の接続６（たとえば図１を参照）によって受信されるＲＦ信号、によって引起こされる可能性がある。

ＦＩＲＳＴＢの値が逆にされた（すなわち、ハイからローに変更される）場合にデイジーチェーンにおいて第１のノードではないノードについて何が起こり得るかを検討する。そのノードのためのスイッチＳｗｉ２６は、逆にした後に開かれる。データが到達すると、入力ポート上でのＶＣＣｉ＋ＶＣからＶＣＣｉへの遷移により、ＦＩＲＳＴＢの値がローからハイに更新される。

ＦＩＲＳＴＢの値が逆にされた（すなわち、ローからハイに変更された）場合にデイジーチェーンにおいて第１のノードであるノードについて何が起こり得るかを検討する。そのノードのためのスイッチＳｗｉ２６が閉じられ、比較器２７の入力上の電圧がＧＮＤ１にとどまったままとなる。ＣＯＭＰ１およびＣＯＭＰ２の出力はともにローの状態に留まったままとなる。この場合、デイジーチェーンにおける他のノードについてなされたよう
にＦＩＲＳＴＢの値を更新するのに入力データを用いることはできない。これを補正するために、すべてのノードにおいて、ＬＩＮにおける活動が確認されるたびにタイマ（図示せず）がリセットされ得る。入力３上でのいかなる活動もなしに時間間隔ΔＴ_Maxが経過したことをタイマが示すと、ＦＩＲＳＴＢはハイからローに変更される。これにより、ノードがその起動時の状態に戻される。すなわち、ノードはそれ自体が列における第１のノードであると判断し、スイッチＳｗｉ２６が開かれる。構造により、ＣＯＭＰ１およびＣＯＭＰ２の出力は同時にハイにはなり得ない。上述されたタイマの出力信号ＳＬＥＥＰＢは、たとえば、第２のＮＡＮＤゲート３５の第４の入力に印加され得る（制御ビットを補正するための回路を示す図１０を参照）。

バッテリ／パワーセルの積層と関連する監視装置のデイジーチェーンとを示す図である。 バッテリ／パワーセルの積層にわたる電圧の変動を示す図である。 ２つ以上のバッテリ要素を含むバッテリセルと関連する監視装置とを示す図である。 監視装置を示す図である。 監視装置の信号手段：受信機および送信機を示す図である。 中央監視ユニットを備えたバッテリ監視システムを示す図である。 バッテリセルの均等なローディングを示す図である。 第１の監視装置ＣＭ１の識別のための信号レベルの監視を示す図である。 アドレスの制御ビットを更新するための回路を示す図である。 アドレスにおける制御ビットを補正するための回路を示す図である。 監視装置の信号手段：送信機構成を示す図である。

符号の説明

３ 入力ポート、１４ 送信機、１５ 受信機、１８ 汎用アナログおよび／またはデジタル回路、２９ 中央管理ユニット、１８１ 論理回路、１８２ ハウスキーピング回路、１８３ 信号取得および処理ブロック、１８５ ＤＣ−ＤＣ電圧コンバータ。

Claims (11)

1. 複数のパワーセル（Ｃｉ−１，Ｃｉ）とともに用いるための信号システムであって、各々のセルは異なる供給電圧間隔（（Ｖ（Ｃｉ−），Ｖ（Ｃｉ＋））を有し、各々のセルはそれぞれの信号装置（ＣＭｉ）を有し、各々の信号装置（ＣＭｉ）は対応するパワーセル（Ｃｉ）によって電力が供給され、前記信号システムは、
   少なくとも（ｉ−１）番目およびｉ番目の信号装置（ＣＭｉ−１，ＣＭｉ）と、
   前記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の出力端子（４）から前記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）の入力端子（３）に信号を伝送するための通信リンク（６）とを含み、
   前記通信リンクは導電接続を含み、
   前記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）は、伝送すべき信号に応じて前記出力端子（４）における電位を変動させるための手段（Ｑｉ−１（１６），Ｒａ ｉ−１（１７））を含み、
   前記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）は、前記通信リンク（６）および前記入力端子（３）を介して装置ＣＭｉ−１の前記出力端子（４）の電位の変動を検知し（比較器２７）、検知された電位の変動に応じて変動する信号（２８）を出力するための手段を含み、前記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）はさらに、（ｉ−１）番目の信号装置の出力端子（４）における電位の変動を、前記（ｉ−１）番目の信号装置の供給電圧間隔［Ｖ（Ｃｉ−１ ^- ），Ｖ（Ｃｉ−１ ⁺ ）］に制限するための手段を含む、信号システム。
2. （ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の出力端子（４）における電位の変動を制限するための前記手段は、抵抗器Ｒｂ，ｉ（２４）および電流源Ｓｒｃ，ｉ（２５）を含む、請求項１に記載の信号システム。
3. 少なくとも１つの信号装置は、供給電圧ＶＣＣｉおよび局所的な接地電圧ＧＮＤｉによって電力が供給され、供給電圧および接地電圧は、セル電圧Ｖ（Ｃｉ＋）およびＶ（Ｃｉ−）を用いてＤＣ−ＤＣ電圧コンバータによって生成されるか、または、少なくとも１つの信号装置は、その対応するセル電圧Ｖ（Ｃｉ＋）およびＶ（Ｃｉ−）によって直接電力が供給される、請求項１または２に記載の信号システム。
4. 複数のパワーセルを監視するためのシステムであって、請求項１から３のいずれかに記載の信号システムを含む、システム。
5. 中央監視装置（２９）および一連の分散型監視装置を含み、各々の監視装置は対応する信号装置（ＣＭｉ）を含み、さらに、
   前記中央監視装置の出力端子を、信号装置ＣＭ１を有する第１の監視装置の入力端子（３）に結合するためのアイソレータ（３０）を含み、
   前記アイソレータ（３０）は、第１の監視装置の入力端子における電圧変動を、第１のバッテリセル（Ｖ（Ｃ１⁺））の最大供給電圧よりも低く、かつ、第１のバッテリセル（Ｖ（Ｃ１^-））の最低供給電圧よりも高くなるよう制限する、請求項４に記載の、複数のパワーセルを監視するためのシステム。
6. 複数のパワーセル（Ｃｉ−１，Ｃｉ）とともに用いるための信号方法であって、各々のセルは異なる供給電圧間隔（（Ｖ（Ｃｉ−），Ｖ（Ｃｉ＋））を有し、各々のセルはそれぞれの信号装置（ＣＭｉ）を有し、各々の信号装置（ＣＭｉ）は対応するパワーセル（Ｃｉ）によって電力が供給され、前記信号方法は、
   前記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の出力端子（４）から前記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）の入力端子（３）に信号を伝送するステップを含み、前記方法はさらに、
   伝送すべき信号に応じて前記（ｉ−１）番目の信号装置（ＣＭｉ−１）の前記出力端子（４）における電位を変動させるステップと、
   前記電位の変動を前記（ｉ−１）番目の信号装置の供給電圧間隔［Ｖ（Ｃｉ−１^-），Ｖ（Ｃｉ−１⁺）］に制限するステップと、
   前記ｉ番目の信号装置（ＣＭｉ）の出力端子（３）において前記出力端子（４）の電位の変動を検知し、検知された電位の変動に応じて変動する信号（２８）を出力するステップとを含む、信号方法。
7. 前記電位の変動を制限するステップは抵抗器および電流源によって実行される、請求項６に記載の信号方法。
8. 複数のパワーセルを監視する方法であって、前記方法は中央監視装置（２９）および一連の分散型監視装置を用い、各々の分散型監視装置は対応するパワーセルに結合され、それぞれの信号装置を含み、前記方法はさらに、請求項６に記載の信号方法を用いる、方法。
9. 前記方法は、分散型監視装置の中で信号装置ＣＭ１を有する第１の監視装置を決定するステップをさらに含む、請求項８に記載の、複数のパワーセルを監視する方法。
10. 前記方法は、分散型監視装置の各々にアドレスを割当てるステップをさらに含む、請求項９に記載の、複数のパワーセルを監視する方法。
11. 前記方法は、各々の分散型監視装置のアドレスにおける制御ビットを更新するステップをさらに含む、請求項１０に記載の、複数のパワーセルを監視する方法。

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